Des impulsions lumineuses ultrarapides remportent le prix Nobel de physique
Le prix Nobel de physique 2023 a été décerné à Pierre Agostini, Ferenc Krausz et Anne L’Huillier pour leurs travaux sur des techniques permettant aux scientifiques de suivre le mouvement des électrons à des échelles de temps ultrarapides. Le comité Nobel qui a sélectionné les lauréats a cité les travaux du trio sur « les méthodes expérimentales générant des impulsions lumineuses attosecondes pour l’étude de la dynamique électronique dans la matière ».
En annonçant le prix, Eva Olsson, présidente du comité Nobel de physique, a souligné que ces techniques « ouvrent la porte au monde des électrons ». « La physique attoseconde nous donne l’opportunité de comprendre les mécanismes régis par les électrons », a-t-elle ajouté. « La prochaine étape consistera à les utiliser. »
Ce n’est pas la première fois que des travaux sur la science ultrarapide sont récompensés par un prix Nobel. En 1999, le chercheur égyptien Ahmed Zewail a remporté le prix Nobel de chimie pour ses études utilisant la spectroscopie femtoseconde (fs) pour sonder des événements qui se produisent en mille billionièmes de seconde. Ces travaux ont permis aux scientifiques de suivre la chimie sur des échelles de temps pertinentes pour le mouvement atomique. Mais le suivi du mouvement des électrons nécessite des impulsions lumineuses encore plus courtes – comme l’explique le comité Nobel, « briser la barrière du 1fs a nécessité un changement de paradigme basé sur la physique fondamentale ».
« Même aujourd’hui, 30 ans plus tard, nous apprenons encore de nouvelles choses. »
Notre nouvelle lauréate en physique Anne L’Huillier nous raconte à quel point le #Prix Nobel signifie pour elle et comment son domaine de recherche continue de la fasciner, encore aujourd’hui.
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Une attoseconde équivaut à un quintillionième de seconde (10-18s). Pour essayer de replacer ces échelles de temps incroyablement petites dans leur contexte : si une seule seconde équivalait à 15 milliards d’années (environ l’âge de l’univers), alors une attoseconde durerait moins d’une demi-seconde.
Dans les années 1980, L’Huillier a dirigé des travaux théoriques à l’Université Paris-Saclay en France qui ont permis de mieux comprendre les émissions harmoniques produites lorsque les atomes d’un gaz rare étaient excités par un laser infrarouge. Au cours de sa carrière, L’Huillier, qui est maintenant basée à l’Université de Lund en Suède, a continué à explorer le phénomène, jetant les bases de l’utilisation de la génération d’harmoniques élevés pour produire des impulsions lumineuses attosecondes.
En 2001, Agostini et Krausz ont tous deux réussi à produire des impulsions lumineuses qui ont franchi la barrière femtoseconde. La percée d’Agostini s’est également produite alors qu’il travaillait à Paris-Saclay, lorsque son équipe a utilisé la génération d’harmoniques élevés pour produire une série d’impulsions lumineuses consécutives, chacune d’une durée de seulement 250 attosecondes. Pendant ce temps, alors qu’il travaillait à l’Université de technologie de Vienne, l’équipe de Krausz a développé une expérience capable de produire des impulsions de rayons X d’une durée de seulement 650 attosecondes.
Ferenc Krausz, lauréat de physique 2023, se préparait pour une matinée de visite des laboratoires de son institut lorsqu’il a reçu un appel téléphonique de Suède – il venait de recevoir le prix de physique. Nous lui avons parlé juste après qu’il ait appris la nouvelle – écoutez sa première réaction : pic.twitter.com/Jc8sDpv3pT
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Tous deux ont continué à travailler sur la science attoseconde, Agostini étant désormais basé à l’Université d’État de l’Ohio à Columbus, aux États-Unis, et Krausz à l’Institut Max Planck d’optique quantique à Munich, en Allemagne.
Au-delà de la compréhension fondamentale que l’on peut acquérir grâce aux expériences attosecondes, ces techniques ont de nombreuses applications concrètes. Par exemple, une meilleure compréhension du comportement des électrons dans différents matériaux peut contribuer à éclairer la conception de nouveaux appareils électroniques. Les expériences peuvent également être utilisées dans des applications biomédicales, l’équipe de Krausz ayant montré l’année dernière comment les impulsions attosecondes peuvent être utilisées pour détecter des changements dans la composition moléculaire de fluides biologiques tels que le plasma sanguin, suggérant de futures utilisations potentielles dans le diagnostic médical.
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